ТОРИЙ (от имени бога грома Тора в сканд. мифологии; лат. Thorium) Th, радиоактивный химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 90, атомная масса 232,0381; относится к актиноидам. Стабильных изотопов не имеет. Известно 24 изотопа с мае. ч. 213-236. Наиб. долгоживущие изотопы ²³⁰Th (T_1/27,5•10⁴ лет, a-излучатель) и ²³²Th (T_1/2 1,4•10¹⁰ лет, a-излучатель), являющийся родоначальником радиоактивного ряда ²³²Th. В природе распространен изотоп ²³²Th; содержание в земной коре 8•10^-4% по массе, в морях и океанах 10^-9 г/л, в каменных метеоритах 4•10 %. Известно около 120 минералов, из которых основные-торит ThSiO₄, торианит (Th,U)O₂; главный пром. источник -монацит (Се, La, Th) PO₄ (до 12% ThO₂). ТОРИЙ содержится также в ильменитовых, рутиловых, касситеритовых рудах и рудах РЗЭ. В природе встречается и ²³⁰Тh-один из продуктов распада U. Пром. запасы ТОРИЙ к нач. 1980-х гг. оценивались в 1 млн. т. Осн. месторождения расположены в Индии, Канаде, США, Норвегии, Бразилии.

Конфигурация внешний электронных оболочек атома 5f⁷6s²6p⁶6d²7s²; наиболее устойчивая степень окисления +4, реже + 2 и +3; электроотрицательность по Полингу 1,11; атомный радиус 0,1798 нм, ионный радиус Th⁴⁺ 0,0984 нм.

Свойства. ТОРИЙ-серебристо-белый пластичный металл. Известен в двух полиморфных модификациях: ниже 1360°С устойчива a-форма с гранецентрир. кубич. решеткой, а = 0,50842 нм; в интервале 1360-1750 °С устойчива b-fоr-ма с объемноцентрир. кубич. решеткой, a = 0,411 нм; DH перехода a : b 3,5 кДж/моль. Температура плавления 1750°С, температура кипения 4200 °С; плотность И,724 г/см³; 26,23 Дж/(моль•К); 14 кДж/моль,597 кДж/моль;51,83 Дж/(моль • К); уравения температурной зависимости давления пара: для металлического ТОРИЙ lgp(мм рт. ст.) = -28780/T+5,991 в интервале 1757-1956 К, для жидкого ТОРИЙ lgp(мм рт.ст.) = = -29770/T+ 6,024 в интервале 2020-2500 К; коэффициент линейного расширения 12,5•10^-6 К^-1 (298-1273 К); r 1,57 x x 10^-3 Ом•см, температурный коэффициент r 3,6•10^-3 К^-1; теплопроводность 0,62 Вт/(см•К); модуль сдвига 28,1 ГПа, модуль упругости 703 МПа; коэффициент Пуассона 0,265; сверхпроводник ниже 1,4 К. Образует сплавы со многие металлами.

ТОРИЙ весьма реакционноспособен; порошкообразный-пиро-форен, тускнеет на воздухе, в кипящей воде покрывается пленкой ThO₂. Быстро растворим в 6 М соляной кислоте, медленно-в разбавленый HF, HNO₃, H₂SO₄ и конц. H₂SO₄, пассивируется конц. HNO₃, не реагирует со щелочами. При нагревании ТОРИЙ в атмосфере Н₂ при 400-600 °С образуется гидрид ThH₂- темно-серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 0,5734 нм, с = 0,4965 нм), плотя. 9,20 г/см³, 36,71 Дж/(моль•К), 50,73 Дж/(моль•К), разлагается водой, при действии растворов кислот выделяет Н₂, при 900 °С в вакууме разлагается с образованием тонкодисперсного ТОРИЙ При нагревании ТОРИЙ с Н₂ при 250-320 °С получают Th.Hi5-кристаллы с кубич. решеткой (а = 0,9116 нм), 51,32 ДжДмоль • К), 54,42 Дж/(моль • К). Св-ва некоторых соединений ТОРИЙ приведены в табл.

Диоксид ТiO₂ имеет температура плавления 3350°С, температура кипения 4400 °С; плотность 10 г/см³; 61,76 ДжДмоль • К); —1226,4 кДж/моль; 65,23 Дж/(моль • К); уравение температурной зависимости давления пара: lgp(мм рт. ст.) =-3,16•10⁴/T+7,20; реагирует с оксидами металлов при 600-800 °С, образуя двойные оксиды (тораты), например К₂ТhO₃, BaThO₃, ThGeO₄, ThTi₂O₆, Th₃V₄O₁₆, ThM₄O₁₂ и Th₂M₂O₉, где М = Nb, Та; устойчив к действию кислот и восстановителей; образуется при сгорании металла на воздухе, взаимодействие гидрида Th с О₂ или Н₂О при 100°С, прокаливании гидроксида, пероксида, нитрата, оксалата, карбоната и др. солей ТОРИЙ

Гидроксид Th(ОН)₄ - аморфное вещество; устойчив при 260-450 °С, выше 470 °С превращаются в ThO₂; растворим в воде (5•10^-7 моль/л); получают взаимодействие солей ТОРИЙ с растворами щелочей при рН 3,5-3,6.

Мононитрид ThN (температура плавления 2630°С) получают при взаимодействии металлического ТОРИЙ с NH₃ или ThO₂ с Mg в атмосфере N₂. Нитрид Th₂N₃ синтезирован при взаимодействии ThH₂ с NH₃ или N₂ при 1000°С; устойчив в атмосфере N₂ при 1730°С; при 1500°С в вакууме выделяет N₂ с образованием ThN₂.

Монокарбид ThC имеет т. пл. 2625 °С; 45,14 Дж/(моль • К); -125,5 кДж/моль; 57,93 Дж/(моль • К); получают взаимодействие металлического ТОРИЙ со стехиометрич. количеством С. Дикарбид ThC₂ существует в трех полиморфных модификациях: при комнатной температуре устойчива a-форма с моноклинной решеткой, в интервале 1430-1480 °С-р-форма с тетрагон. решеткой, выше 1480°С-g-форма с кубич. решеткой; температура плавления 2655 °С, температура кипения 5000 °С; 53,63 Дж/(моль • К); — 125,5 кДж/моль; 68,46 Дж/(моль • К); разлагается водой и разбавленый кислотами с образованием углеводородов, на воздухе окисляется при 600-700 °С до ThO₂; получают взаимодействие металлического ТОРИЙ с избытком углерода или восстановлением ТhО₂ углеродом при 1500°С.

Тетрагалогениды ТhНа1₄ получают при нагревании металлич. Th, ThH₂, ThC₂ или ThO₂ при 300-400 °С с соответствующим На1₂ или HHal. Тетрафторид ThF₄ имеет температура плавления 1100°С, температура кипения 1650 °С; плотность 5,71 г/см³; 110,709 Дж/(моль •К); -209,785 кДж/моль; 142,047 Дж/(моль•К); уравение температурной зависимости давления пара lgp (мм рт.ст.)= — 16860/Г+ 9,105; растворим в воде (0,17 мг/л); образует кристаллогидраты. Тетра-хлорид ThCl₄ имеет температура плавления 770°С, температура кипения 921 °С; 120,290 Дж/(моль•К); — 118,616 кДж/моль; 190,372 Дж/(моль•К); уравение температурной зависимости давления пара в интервале 296-1023 К lgp (мм рт. ст.) = = -11612/T + 10,098; растворим в воде (55,61% по массе при О °С), низших спиртах, эфирах, ацетоне, не растворим в жидком Сl₂, CS₂, CCl₄, С₆Н₆; гигроскопичен, образует гидраты с 2, 4, 7 и 12 молекулами воды. Тетрабромид ThBr₄ имеет температура плавления 679 °С, температура кипения 857 °С; плотность 5,69 г/см³; 125,19 Дж/(моль • К); - 964,412 кДж/моль; 228,028 Дж/(моль • К); уравение температурной зависимости давления пара lgр (мм рт.ст.)= — 9628/Т+8,85; образует гидраты с 7, 8, 10 и 12 молекулами воды, сольваты-с NH₃, аминами, ацетонитрилом, трифенилфосфиноксидом. Тетраиодид ThI₄ имеет температура плавления 566°С, температура кипения 837°С; 126,650 Дж/(моль•К); -670,695 кДж/моль; 255,224 Дж/(моль • К); уравение температурной зависимости давления пара lgp (мм рт. ст.) = — 6893/T + 9,09; разлагается с выделением I₂ при нагревании и действии света, хорошо растворим в воде с образованием гидратов.

Бориды ThB₄ и ThB₆ получены взаимодействие ThO₂ и В при нагревании, дисилицид ThSi₂ -нагреванием ThO₂ с Si, дисульфид ТhS₂-р-Цией H₂S с галогенидами или гидридами ТОРИЙ, серы с металлическим ТОРИЙ или ThСl₂ и CS, с ThO₂, д нее лени д ThSe₂-взаимодействие Th и Se при 700 °С; фосфиды ThP₄ и Тh₃Р₄-при нагревании ThCl₄ с парами P или ThH₂ с РН₃.

Стандартный окислит. потенциал для Тh⁰/Тh⁴⁺ 1,9 В. В водных растворах ТОРИЙ существует обычно в степени окисления +4, в комплексных соединений, как правило, степень окисления +2 и +3. Ионы ТОРИЙ в растворе склонны к гидролизу с образованием гидроксо-ионов [Th(OH)₃]⁺, [Th₂(OH)₂]⁶⁺, [Th₄(OH)₁₂]⁴⁺ и комплексообразованию. Известны комплексы ТОРИЙ в растворах с фторид-, иодат-, бромат-, нитрат-, хлорид-, хлорат-, сульфат-, сульфит-, карбонат-, фосфат-, пирофосфат-, молибдат-ионами, с анионами органическое кислот (муравьиной, уксусной, щавелевой, винной и др.). ТОРИЙ образует устойчивые хелаты с 1,3-дикетонами, купфероном и 8-гид-роксихинолином, которые не растворим в воде, но растворим в органических растворителях.

Получение. При выделении ТОРИЙ монапитовые концентраты подвергаются сернокислотному или щелочному вскрытию. Для отделения сопутствующих элементов (РЗЭ и др.) используют экстракцию (с трибутилфосфатом) и сорбцию. ТОРИЙ выделяют в виде ThO₂, ThCl₄ либо ThF₄ (получают соответственно хлорированием или фторированием ThO₂). Металлический ТОРИЙ получают из ThO₂, ThF₄ или ThCl₄ восстановлением Са, Mg или Na при 900-1000 °С, электролизом ThF₄ или KThF₅ в расплаве галогенидов щелочных металлов при 800 °С и плотности тока на графитовом аноде 0,5 А/дм².

Применение. ТОРИЙ используют для легирования магниевых и др. сплавов, как геттер при изготовлении электроламп. ThO₂-огнеупорный материал, компонент катализаторов, перспективное ядерное топливо в уран-то-риевых реакторах, в которых ²³²Тh превращаются в ²³³U по реакции:

Изотоп ²³⁰Th-источник

a-излучения, ²²⁸Th используют для получения торона (²²⁰Rn), а изотопы ²³⁴Тh и ²²⁹Th-изотопные индикаторы. См. также Ядерный топливный цикл.

Токсичен, ПДК 0,05 мг/м³.

Впервые ТОРИЙ выделен И. Берцелиусом в 1828 из минералов, известных теперь как ториты.

Лит • Торий, пер. с англ., М., 1962; Chemistry of the actinide elements, 2 ed., v. 1 -2, L.-N.Y., 1986. Б.Ф. Мясоедов.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей